碳材料石墨烯简介
石墨烯基础知识简介
1. 石墨烯（Graphene）的结构石墨烯是一种由碳原子以sp 2杂化轨道组成六角型呈蜂巢状晶格的平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的二维材料。
如图1.1 所示，石墨烯的原胞由晶格矢量a1 和a2 定义每个原胞内有两个原子，分别位于A和B的晶格上。
C原子外层3 个电子通过sp2杂化形成强σ键（蓝），相邻两个键之间的夹角120°，第4 个电子为公共，形成弱π键（紫）。
石墨烯的碳- 碳键长约为0.142nm，每个晶格内有三个σ键，所有碳原子的p 轨道均与sp 2杂化平面垂直，且以肩并肩的方式形成一个离域π键，其贯穿整个石墨烯。
如图1.2 所示，石墨烯是富勒烯（0 维）、碳纳米管（1 维）、石墨（3 维）的基本组成单元，可以被视为无限大的芳香族分子。
形象来说，石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成的二维蜂巢状的晶格结构，看上去就像由六边形网格构成的平面。
每个碳原子通过sp 2杂化与周围碳原子构成正六边形，每一个六边形单元实际上类似一个苯环，每一个碳原子都贡献一个未成键的电子，单层石墨烯的厚度仅为0.335nm，约为头发丝直径的二十万分之一。
图1.1 （a）石墨烯中碳原子的成键形式（b）石墨烯的晶体结构。
图1.2 石墨烯原子结构图及它形成富勒烯、碳纳米管和石墨示意图石墨烯按照层数划分，大致可分为单层、双层和少数层石墨烯。
前两类具有相似的电子谱，均为零带隙结构半导体（价带和导带相较于一点的半金属），具有空穴和电子两种形式的载流子。
双层石墨烯又可分为对称双层和不对称双层石墨烯，前者的价带和导带微接触，并没有改变其零带隙结构；而对于后者，其两片石墨烯之间会产生明显的带隙，但是通过设计双栅结构，能使其晶体管呈示出明显的关态。
单层石墨烯（Graphene）：指由一层以苯环结构（即六角形蜂巢结构）周期性紧密堆积的碳原子构成的一种二维碳材料。
双层石墨烯（Bilayer or double-layer graphene ）：指由两层以苯环结构（即六角形蜂巢结构）周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式（包括AB堆垛，AA堆垛，AA‘堆垛等）堆垛构成的一种二维碳材料。
石墨烯简介
石墨烯简介有这样一种材料，它的机械强度是世界上最好钢的100倍，有着最快的电子迁移率，1秒内就可以传完两张蓝光DVD的容量……这就是石墨烯。
石墨烯是从石墨中剥离出的单层碳原子面材料，由碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构，也可称为“单层石墨”（碳原子以sp2混成轨域呈蜂巢晶格排列构成的单层二维晶体，由碳原子和其共价键所形成的原子尺寸网，为平面多环芳香烃原子晶体），它是人类已知的厚度最薄、质地最坚硬、导电性最好的材料。
一、石墨烯发展简史20世纪初，科学家开始接触到石墨烯。
2004年,英国曼彻斯特大学的物理学教授安德烈·杰姆（AndreGeim）和他的学生克斯特亚·诺沃消洛夫（Ko-styaNovoselov）用简单易行的胶带分离法制备出了石墨烯。
他们从石墨中剥离出石墨片，然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上，撕开胶带，把石墨片一分为二，不断重复这样的操作，于是薄片越来越薄，最后得到了仅由一层碳原子构成的薄片，即石墨烯。
2010年,他们二人凭借着在石墨烯方面的创新研究获得了诺贝尔物理学奖。
获奖后，一些媒体渲染性地报道：“物理学家用透明胶和铅笔赢得诺贝尔奖。
”二、特性石墨烯具有优异的力学、光学和电学性质：结构非常稳定，迄今为止研究者仍未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况，碳原子之间的连接非常柔韧，比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍，如果用石墨烯制成包装袋，它将能承受大约两吨重的物品；几乎完全透明，却极为致密、不透水、不透气，即使原子尺寸最小的氦气也无法穿透；导电性能好，石墨烯中电子的运动速度达到了光速的1/300，导电性超过了任何传统的导电材料；化学性质类似石墨表面，可以吸附和脱附各种原子和分子，还有抵御强酸强碱的能力。
三、制备方法石墨烯的制备方法主要有机械法和化学法两种。
机械法包括微机械分离法、取向附生法和加热碳化硅法，化学法包括化学还原法与化学解理法、化学气相沉积法等。
石墨烯简介
石墨烯简介摘要：在碳材料中，石墨烯具有特殊的单层窝蜂状结构，由于特殊的分子结构，使得石墨烯具有优良的化学和物理性质，例如：超高的比表面积超高的比表面积(2630m2／g)，导电性能(电导率106S／m)，机械性能(杨氏模量有1TPa)等，在高科技领域中展现了巨大的潜力。
同时，石墨烯在能源、生物技术、航天航空等领域都展现出宽广的应用前景。
但是由于石墨烯片层之间存在范德华力，促使分子层之间易发生团聚，不利于石墨烯的分散，导致电阻率升高和片层厚度增加，无法大规模高质量的制备石墨烯。
本文主要介绍石墨烯的结构，性质，制备方法，以及石墨烯在现阶段的应用。
关键词：石墨烯结构性质制备应用目录第一部分：石墨烯的结构第二部分：石墨烯的性质第三部分：石墨烯的制备方法第四部分：石墨烯的应用及其前景第五部分：结语第一部分：石墨烯的结构严格意义上的石墨烯原子排列与单层石墨的相同，厚度仅有一个原子尺寸，即0．335nm，因此又被称为目前世界上已知的最薄的材料，每个碳原子附近有三个碳原子连接成键，碳．碳键长0.142nm，通过sp2杂化与邻近的三个碳原子成键形成正六边形，连接十分牢固，因此可是称为最坚硬的材料。
然后每个正六边形在二维结构平面，不断无限延伸形成了一个巨大的平面多环芳烃[1]，如图1-1所示。
2007年，Meryer[2]根据自己的研究发现大多数的石墨烯片层呈现单原子厚度，同时表现出有序的结构，通过透射电镜发现，该片层并非完全平整，表现出粗糙的起伏。
也正因为这种褶皱的存在，才使得二维晶体结构能够存在。
图1-1石墨烯的结构构型第二部分：石墨烯的性质石墨烯在力学、电学、光学、热学等方面具有优异特性。
力学特性石墨烯中，碳原子之间的连接处于非常柔韧的状态．当被施加外部机械力时，碳原子面会弯曲变形．碳原子不必重新排列来适应外力，因此保持了结构稳定。
石墨烯是人类已知强度最高的材料，比世界上强度最高的钢铁高100多倍。
电学特性石墨烯具有超高的电子迁移率，它的导电性远高于目前任何高温超导材料。
碳材料、石墨、石墨烯科普知识介绍
碳与石墨介绍碳，生命之源，它是地球上一切有机体生物的骨架元素，是构成人体最重要的元素。
碳：既是最硬又是最软的材料，既是绝缘体又是导电体，既是隔热材料又是导热材料，既是全吸光材料又是全透光材料。
石墨是碳的一种同素异形体，石墨与金刚石、碳60、碳纳米管、石墨烯等都是碳元素的单质互为同素异形体。
石墨是碳元素的结晶矿物之一，具有耐高温、抗腐蚀、抗热震、强度大、韧性好、自润滑强度高、导热、导电、可塑性、涂敷性等特有的物理化学性能，广泛应用于冶金、机械、电子、电池、金刚石超硬材料、核工业、化工、轻工、军工、国防、石油勘探、航天及耐火材料等行业，是当今高新技术发展必不可少的非金属材料。
石墨烯介绍石墨烯的发现：2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，两位科学家通过使用胶带反复剥离石墨的方法在绝缘基底上获得了单层或少层的石墨烯并研究其电学性能，发现其具有特殊的电子特性以及优异的电学、力学、热学和光学性能，从而掀起了石墨烯研究的热潮。
2010年10月5日，瑞典皇家科学院授予他们俩诺贝尔物理学奖。
石墨烯：石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角形呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。
单层石墨烯的厚度只有 0.335 纳米，相当于一根头发的20万分之一，1mm厚的石墨中将近有150万层左右的石墨烯。
石墨烯几乎是完全透明的，透光率高达97.4%，具有优异的光学性能。
石墨烯作为一种人类已知强度最高、韧性最好、质量最轻、透光率最高、导电性最佳的材料，集光、电、力学性能于一身，开创了21世纪的新材料纪元，正在引领新材料领域的颠覆性革命。
石墨烯的性能：机械性能：石墨是矿物质中最软的，但被分离成一个碳原子厚度的石墨烯后，性能则发生突变，其硬度比金刚石还高，却又拥有很好的韧性，且可以弯曲，能够拉伸20%而不断裂。
超薄性：单层石墨烯只有一个碳原子的厚度，即0.335纳米，相当于一根头发的20万分之一的厚度，1毫米厚的石墨中将近有150万层左右的石墨烯。
石墨烯简介
石墨烯1 石墨烯的概述石墨烯（Graphene，GE）是世界上最薄，最坚硬的纳米材料，也是其他石墨材料的基本单元，以碳六元环为基本结构组成周期蜂窝状的二维点阵结构，若翘曲便可成为零维的富勒烯，若将石墨烯卷成一维结构便成为碳纳米管(Carbon nano-tube,CB)，若是多层堆积便成为了三维的石墨(Graphite)。
石墨烯的基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环, 是目前最理想的二维纳米材料。
平面六边形点阵结构是石墨烯最理想的结构，可以认为是单层石墨分子被从三维石墨结构中剥离出来形成的二维分子结构，所有碳原子均为sp2杂化，并且每个碳原子上均多出一个p轨道上的电子形成大π键，这个π电子可以自由移动，因此石墨烯具有良好的导电性。
因此二维石墨烯结构可以看是形成所有sp2杂化碳质材料的基本单元。
由于特殊的结构石墨稀因此拥有了很多的优异的性能，首先在电学方面，由于大π键的存在，石墨稀具有优异的导电性能，如超高的载流子迁移率，室温量子霍尔效应，弹道输运等等；而在光学方面，石墨烯具有超高的透光率，其透光率能达到97.7%的惊人数据。
力学性能方面，石墨稀是已知的具有最高强度和硬度的晶体结构，热学方面，石墨烯具有优异的导热性能，其导热是铜的很多倍。
由于这些优异的性能使得石墨稀不但成为科学界一颗明星，而且使得其拥有了极其广阔的应用前景。
石墨烯为六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，是由一种碳原子以sp2杂化轨道组成的，我们可以将它看成是其他石墨类材料组成的基本单元，所以石墨烯片在适当的条件下可以进行包裹和卷曲，分别可以形成零维和一维结构，层层堆叠起可以形成的是三维的石墨，零维和一维分别形成球状的富勒烯、管状的碳纳米管(见图1.1)；它们和仅为单一碳原子厚度的二维碳材料作为为重要成员组成了碳纳米材料家族，它们之间通过包裹、卷曲和堆积相互进行转化。
2004年，K.S.Novoselov 等以天然鳞片石墨为原料，制得二维六角形平面原子石墨烯的方法为机械力剥离法。
石墨烯材料简介
石墨烯材料简介在构成纳米材料的众多元素中，碳元素值得我们格外重视。
作为自然界中性质最为奇特的元素，碳（C）在原子周期表中的序号为六，属于第Ⅳ族。
碳原子一般是四价的，最外层有4个电子，可与四个原子成键。
但是其基态只有两个单电子，所以成键时总是要进行杂化。
由于较低的原子序数，碳原子对外层电子的结合力强，表现出较高的键能，容易形成共价键，故自然界中碳元素形成的化合物形式丰富多彩。
关于碳与碳原子之间或碳与其它原子间以共价键相结合，有杂化轨道和分子轨道的理论。
在形成共价键过程中，由于原子间的相互影响，同一个原子中参与成键的几个能量相近的原子轨道可以重新组合，重新分配能量和空间方向，组成数目相等的，成键能力更强的新的原子轨道，称为杂化轨道。
在有机化合物中，碳原子的杂化形式有三种：sp3、sp2和sp杂化轨道。
以甲烷分子（CH4）为例，碳原子在基态时的电子构型为1S22S22Px12Py12Pz0按理只有2px和2py可以形成共价键，键角为90°。
但实际在甲烷分子中，是四个完全等同的键，键角均为109°28′。
这是因为在成键过程中，碳的2s轨道有一个电子激发到2Pz轨道，3个p轨道与一个s轨道重新组合杂化，形成4个完全相同的sp3杂化轨道。
每个轨道是由s/4与3P/4轨道杂化组成。
这四个sp3轨道的方向都指向正四面体的四个顶点，轨道间的夹角是109°28´。
得益于碳原子丰富多样的键合方式和强大的键合能力，氧、氢、氮等各种元素被有机的组合在一起，形成碳的化合物，最终构成了令人惊叹的生命体。
碳元素广泛存在于自然界，其独特的物性和多样的形态随着人类文明的进步而逐渐被发现。
由于碳原子之间不同的杂化方式，能形成结构和性质迥异的多种同素异型体，其中最为人知的存在形式是金刚石和石墨。
当每个碳原子与四个近邻碳原子以共价键结合（sp3杂化）时，形成各向同性的金刚石。
此时，四个价电子平均分布在四个轨道中，形成稳定的σ键，而且没有孤电子对的排斥，非常稳定。
石墨烯简介
石墨烯的性质
电学特性：
石墨烯中的每个碳原子都有一个未成键的 π 电子，这些电子可形成与平面垂 直的π轨道，π电子可在这种长程π轨道中自由移动，从而赋予了石墨烯出色的导 电性能，石墨烯是具有零带隙的能带结构，其载流子可以使电子也可以是空穴
左图为石墨烯热导率测试方法，以 488nm 激 光加热，用石墨烯的拉曼光谱中 G 峰位移变化标 示石墨烯的温度变化，从而测得石墨烯热导率
Singh V, Joung D, Prog. Mater. Sci., 2011, 56, 1178–1271.
石墨烯的性质
其他性质：
单原子层的特殊结构，使石墨烯的理论比表面积高达2630m2/g 边缘及缺陷处有孤对电子，使石墨烯具有铁磁性
场效应晶体管
石墨烯基晶体管：石墨烯加偏压成为半导体，作为晶体管源电极和漏电极之间
的通道；石墨烯无禁带，不能直接用于晶体管等逻辑元件，但可以采用将石墨烯制 成石墨烯纳米带、石墨烯量子点及双层石墨烯加偏压等方法使石墨烯禁带宽度不再 为 0 ，所用石墨烯有直接剥离的，也有 CVD 等工艺合成的，所用介电材料有 SiO2 、
以松香转移的石墨烯薄膜作为透明电极制备的大面积柔性OLED器件
大面积柔性OLED器件
上述研究结果于2017年2月24日在《自然-通讯》上在线发表（Nature Communications,
10.1038/NCOMMS14560, 2017）
DOI:
石墨烯的应用
传感器
由于氧化还原法制备的石墨烯（RGO）的边缘具有不同的功能，使其在电 化学传感器和生物传感器方面具有广泛应用前景，用RGO制备的场效应晶体管通 过其电导率、电容或掺杂物性能的变化对周围化学和生物环境变化做出响应
石墨烯简介
石墨烯的化学性质
类似石墨表面，石墨烯可以吸附和脱 附各种原子和分子。从表面化学的角度来 看，石墨烯的性质类似于石墨，可利用石 墨来推测石墨烯的性质。石墨烯化学可能 有许多潜在的应用，然而要石墨烯的化学 性质得到广泛关注，有一个不得不克服的 障碍：缺乏适用于传统化学方法的样品。 如果这一点未得到解决，研究石墨烯化学 将面临重重困难。
展更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨 烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控 屏幕、光板、甚至是太阳能电池。
石墨烯具有非同寻常的导电性能、超出钢 铁数十倍的强度和极好的透光性，它的出 现有望在现代电子科技领域引发一轮革命 。在石墨烯中，电子能够极为高效地迁移 ，而传统的半导体和导体，例如硅和铜远 没有导体用热的形式释 放了一些能量，2013年一般的电脑芯片以 这种方式浪费了72%-81%的电能，石墨烯 则不同，它的电子能量不会被损耗，这使 它具有了非比寻常的优良特性。
制备方法
微机械剥离法
化学气相沉积法
氧化还原法
溶剂剥离法
溶剂热法 其它方法
应用领域
纳电子器件方面
代替硅生产超级计算机
太阳能电池
光子传感器
基因电子测序
隧穿势垒材料
其它应用
石墨烯（Graphene）是一种由碳原子构成的单 层片状结构的新材料。是一种由碳原子以sp2杂 化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有 一个碳原子厚度的二维材料。
石墨烯的一些物理性质
性质 数值
导热系数 电子迁移率
5300 W/m· K 超过15000
cm²/V· s
因其电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发 电阻率 约10-6 Ω·cm
石墨烯技术的应用及前景展望
石墨烯技术的应用及前景展望一、石墨烯简介石墨烯是一种单层厚度为纳米级的碳材料，具有极高的导电性、热导率、机械强度和超轻质量等优异性能。
其结构由一层层的强共价键连接而成的六角形碳原子组成，具有较强的化学稳定性和生物相容性。
自2004年石墨烯首次被制备出来以来，其受到了广泛的研究和关注，由此产生了许多的石墨烯应用技术。
二、石墨烯技术的应用领域1. 电子行业石墨烯作为半导体材料，能够极大地提高电子器件的性能和加工效率。
石墨烯晶体管、石墨烯场效应晶体管、石墨烯超快速电路等将成为未来电子技术的核心组成部分。
2. 光电行业石墨烯具有优异的光电性能，能够制备出高效率的光伏电池、高性能的光电传感器、高亮度、高稳定性的LED灯等，在光电行业具有广阔的应用前景。
3. 材料行业石墨烯具有很高的强度、硬度和韧性，可以被制备成各种复合材料，被广泛应用于建筑、汽车工业等领域。
4. 生物医学石墨烯具有极好的生物相容性和生物稳定性，可以用于生物医学材料的制备和医疗器械的研发。
石墨烯的超薄结构和强烈的光电响应性质可以用于制造生物传感器和绿色荧光剂，并在生物光子学中提供全新的解决方案。
三、石墨烯技术的前景石墨烯技术的广泛应用，将深刻地影响人类现代科技的发展方向。
由于石墨烯具有非常高效的导电性和热导率，可以用于新型节能材料、新型锂电池、高效率的热电材料等。
除此之外，石墨烯还可以被制备成高效的催化剂和光催化剂，能够用于环保、化学工业等众多领域。
石墨烯技术将帮助解决许多现代科技所面临的挑战，具有巨大的市场潜力和发展前景。
与此同时，围绕着石墨烯技术的研究也在不断地推进。
人们正在努力探索其应用范围，开发新的石墨烯制备方法和技术。
石墨烯的可控性、可扩展性以及生产成本的降低也成为了研究重点，这将更有利于石墨烯技术的推广和工业化应用。
总之，石墨烯技术将会在未来的科技发展道路中发挥越来越重要的作用。
石墨烯具有不同于其他材料的独特优异性能，其应用领域将逐渐拓展，未来还将会有更多的惊人应用被发掘出来。
石墨烯简介
石墨烯简介石墨烯是一种由碳原子构成的单层二维晶格材料，具有出奇制胜的电学、热学和力学性质。
它的发现引发了广泛的科学研究和技术应用，被誉为材料科学领域的"奇迹"。
下面是对石墨烯的详细介绍：石墨烯的结构石墨烯的结构非常简单，它是由一个层层叠加的碳原子构成，每一层都只有一个碳原子的厚度。
这些碳原子排列成六角形的蜂窝状晶格，就像蜜蜂蜂巢一样。
这种排列方式赋予石墨烯许多独特的性质。
电学性质石墨烯的电学性质令人惊叹。
它是一种半导体材料，但在室温下，电子能够在其表面以极高的移动速度自由传导，几乎没有电阻。
这使得石墨烯成为极好的导电材料，有望用于高速电子器件和新型电池。
热学性质尽管石墨烯是世界上最薄的材料之一，但它的热传导性能却非常出色。
石墨烯可以有效地传递热量，因此被广泛应用于散热材料和热导材料的领域。
机械性质石墨烯具有出色的机械强度，是世界上最坚硬的材料之一。
它的强度比钢还要高，并且非常轻薄。
这些性质使得石墨烯在材料科学和纳米技术中具有广泛的应用前景。
光学性质石墨烯对光的吸收和散射也表现出了独特的性质。
它在可见光和红外光谱范围内表现出高吸收率，但对其他波长的光几乎是透明的。
这一性质在光电子学和传感器领域具有重要应用价值。
应用领域石墨烯的独特性质使得它在许多领域都有广泛的应用潜力。
目前，石墨烯已经在电子器件、柔性显示屏、电池技术、传感器、材料强化、医疗设备等领域取得了重要突破。
总之，石墨烯是一种具有革命性潜力的材料，其独特的电学、热学、力学和光学性质使其在科学研究和技术创新中备受瞩目。
随着对石墨烯的深入研究和应用的不断推进，我们可以期待看到更多令人兴奋的发现和应用。
石墨烯
石墨烯与其他碳元素的区别
在近20年中，碳元素引起了世界各国研究人员的极大 兴趣。自富勒烯和碳纳米管被科学家发现以后，三维 的金刚石、“二维”的石墨、一维的碳纳米管、零维 的富勒球组成了完整的碳系家族。其中石墨以其特殊 的片层结构一直以来是研究的一个热点。石墨本体并 非是真正意义的二维材料，单层石墨碳原子层 (Graphene)才是准二维结构的碳材料。石墨可以看成 是多层石墨烯片堆垛而成，而前面介绍过的碳纳米管 可以看作是卷成圆筒状的石墨烯。当石墨烯的晶格中 存在五元环的晶格时，石墨烯片会发生翘曲,富勒球 可以便看成通过多个六元环和五元环按照适当顺序排 列得到的
6、石墨烯动力锂电池 10分钟就能完成充电， 还不损害电池使用寿命 。 刘兆平说，利用石墨烯 制成的石墨烯动力锂电 池，电池极片的导电性 能更高，电池内的电阻 更小，蓄电能力、快速 充放电能力比普通锂电 池强得多
作为一种性质独特的新兴材料，关于石墨烯应用的研究层出不穷 。 如果说瓦特发明蒸汽机改变了世界,是第一次工业革命,法拉第发明 了电磁感应,引发第二次革命,半导体引发第三次革命,石墨稀将引发 第四次革命。
石墨烯简介
石墨烯发现与研究
严格意义上石墨烯的发现归功于 Geim 团队，在 2004 年采用 胶带粘揭的方法（sotch taping）,制备得到了完美的石墨 烯；外延生长法、化学气相沉积、氧化还原法等； 根据严格意义的二维晶体理论，热力学上严格和独立的二维 原子晶体是不稳定的，但是准二维原子晶体材料却可以稳定 存在； Geim 等获得的石墨烯就是准二维原子晶体材料，具有褶皱 或附在其他基底上
图 1 化学气相沉积生长石墨烯的基元步骤. (1) 碳源在催化剂表面的吸附; (2) 碳源脱附回到气相; (3) 碳源的脱氢分解; (4)碳原子在表面的迁移; (5) 碳原子在表面(优先在台阶等缺陷位处)直接成核并生长石墨烯; (6) 碳原子在高温下溶入金属体相;(7) 碳原子在金属体相内的扩散; (8) 降温过程中碳原子从体相析出, 并在表面成核生长石墨烯
石墨烯简介
一、碳纳米材料
碳元素在元素周期表中排第六位 在地壳中的含量只有0.027% 碳的同素异形体
（1）金刚石（最硬物）
（2）石墨（最软物） （3）碳纳米管（良导体） （4）足球烯 （5）石墨烯 玻璃态碳、无定形碳、活性炭等
碳的同素异形体间的关系：
石墨烯的定义
1997年，IUPAC将石墨烯定义为：
有机合成法 电化学法 模板法
应用
石墨烯手机
自清洁玻璃
集成电路
石墨烯电荷传输性质
具有很高的电荷迁移率（载流子几乎可以以光速移动）；
电阻率为 10-6欧姆 厘米，目前已知物质中室温电阻率最 低的材料；
●
石墨烯的光学性质
具有令人惊奇的光学性质，单层石墨烯对可见光约有 3.2%的吸收（电子能带结构）； 石墨烯的不透明度为2.3%； 零带隙结构使石墨烯对光很容易饱和，具有较低的饱和 通量；（光学领域、激光开关）
石墨烯能量密度
石墨烯能量密度
（原创实用版）
目录
1.石墨烯简介
2.石墨烯能量密度的定义
3.石墨烯能量密度的测量方法
4.石墨烯能量密度的应用
5.石墨烯能量密度的展望
正文
【1.石墨烯简介】
石墨烯是一种二维碳材料，由单层原子构成，其结构稳定且具有高强度、导电性、透明性和柔韧性等特性，被认为是一种具有广泛应用前景的新材料。
【2.石墨烯能量密度的定义】
石墨烯能量密度是指在单位质量或单位体积的石墨烯材料中所蕴含的能量。
【3.石墨烯能量密度的测量方法】
石墨烯能量密度的测量方法通常采用电化学方法或机械能方法。
电化学方法主要是通过测量石墨烯在电化学反应过程中的能量变化来计算其能量密度；机械能方法则是通过测量石墨烯在受力过程中的能量变化来计算其能量密度。
【4.石墨烯能量密度的应用】
石墨烯能量密度在许多领域都有应用，如能源储存、超级电容器、电池等。
由于石墨烯具有高能量密度、高导电性和高机械强度等特点，因此
被认为是一种理想的能源材料。
【5.石墨烯能量密度的展望】
随着石墨烯制备技术的不断发展，石墨烯能量密度将会得到进一步提升。
石墨烯简介
石墨烯的特性
石墨烯是目前已知的世界上最薄的材料,也是有史以来被证实的最结实的材料,其强度可达130 GPa，是钢的100多倍，，其断裂强度达到了惊人的42NM-1；最新的研究表明，石墨烯具有 10 倍于商用硅片的高载流子迁移率（15000 cm2V-1s-1） ，石墨烯的热导率可达5000W/ m·K， 是室温下纯金刚石的 3倍。目前试验还证实了石墨烯中的电子和空穴成对现象(ElectronHole Symmetry)，半整数量子霍尔效应(Half-integer Quantum Hall Effect)，室温量子霍尔 效应(Room-Temperature Quantum Hall Effect)等多种独特的电子结构和性质。
化学稳定性:石墨在常温下具有良好的化学稳定性，能耐酸碱、耐有机溶剂的腐蚀。
润滑性:石墨的润滑性能取决于石墨鳞片的大小，鳞片越大，摩擦系数越小，润滑性能越好。石 墨为层状耐磨矿物，其Bond粉碎功指数高达45.03kw/t，相较于粘土的7.1kw/t、黄铁矿的 8.9kw/t，以及石英的12.77kw/t高出许多.
目前有三种方法制备石墨烯,一种是SiC的高温热解外延法或过渡族金属催化外延法，另一 种是轻微摩擦法或撕胶带法.第三种是化学修饰分散/还原法.
石墨烯是之中。用来开发制造出纸片般薄的超轻型飞机材料、超坚韧的防弹衣和“太空电梯” 用的超韧缆线，研究表明石墨烯增强聚乙烯醇（PVA）复合材料，只需要添加0.7%（重量 比）的石墨烯，就可以使复合材料的拉伸强度提高76 ％，同时其杨氏模量增加62％；另 外，在功能化石墨烯增强的聚氨酯复合材料中，石墨烯含量为1％时，其复合材料的强度 提高75％，模量提高120 ％。
石墨烯简单介绍
，是室温
构造与性能
热学性能
① 单层石墨烯旳
,
比碳纳米管旳而传
导率3000-3500Wm·k还要高，相比之下，工业界中被广泛使用旳散
热 材料金属铜旳热传导率只有400Wm·k
② 伴随石墨烯层数旳增长，其热传导率逐渐下降；当石墨烯从2层增 至4层时，其热导率从2800Wmk降低至1300Wmk；当层数到达5-8 层，减小到石墨旳热导率
2004英国曼彻斯特大学Andre Geim和他旳徒弟 Konstantin Novoselov在试验室用一种非常简朴旳措 施得到越来越薄旳石墨薄片。他们从石墨中剥离 出石墨片，然后将薄片旳两面粘在一种特殊旳胶 带上，撕开胶带，就能把石墨片一分为二。不断 地这么操作，于是薄片越来越薄，最终，他们得 到了仅由一层碳原子构成旳薄片，这就是石墨烯 。所以两人共同取得2023年诺贝尔物理学奖。
石墨烯应用
替代硅生产超级计算机
石墨烯是目前已知
旳材料。石墨烯旳
这种特征尤其适合于高频电路。高频电路是当代电子工业旳领头羊，
某些电子设备，例如手机，因为工程师们正在设法将越来越多旳信息
填充在信号中，它们被要求使用越来越高旳频率，然而手机旳工作频
率越高，热量也越高，于是，高频旳提升便受到很大旳限制。因为石 墨烯旳出现，高频提升旳发展前景似乎变得无限广阔了。 这使它在
研究人员发觉，在石墨烯样品微粒开始碎裂前，它们每100纳米距 离上可承受旳最大压力居然到达了大约2.9微牛。据科学家们测算，这 一成果相当于要施加55牛顿旳压力才干使1微米长旳石墨烯断裂。假如 物理学家们能制取出厚度相当于一般食品塑料包装袋旳（厚度约100纳
米）石墨烯，那么需要施加差不多两万牛旳压力才干将其扯断。换句 话说，假如用石墨烯制成包装袋，那么它将能承受大约两吨重旳物品。
石墨烯简介
石墨烯石墨烯石墨烯是一种从石墨材料中剥离出的单层碳原子面材料，是碳的二维结构，是一种“超级材料”，硬度超过钻石，同时又像橡胶一样可以伸展。
它的导电和导热性能超过任何铜线，重量几乎为零。
这种石墨晶体薄膜的厚度只有0.335纳米，把20万片薄膜叠加到一起，也只有一根头发丝那么厚。
1 简介2 发现历史3 结构4 特性5 制备方法石墨烯石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。
石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在。
2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在，两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”为由，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。
石墨烯是世上最薄也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；导热系数高达5300 W/（m·K），高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15 000 cm2/（V·s），又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-6Ω·cm，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。
因为它的电阻率极低，电子跑的速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。
由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板，甚至是太阳能电池。
石墨烯立基于石墨，厚度极小，300万片石墨烯堆叠在一起的厚度也不过1毫米20世纪初，X射线晶体学创立以来，科学家就已经开始接触石墨烯了。
1918年，V. Kohlschütter和P. Haenni详细地描述了石墨氧化物纸的性质（graphite oxide paper）。
1948年，G. Ruess和F. Vogt发表了最早用穿透式电子显微镜拍摄的少层石墨烯图像。
最初，科学家试着使用化学剥离法（chemical exfoliation method）来制造石墨烯。
石墨烯-PPT
4，电子的相互作用
石墨烯中电子间以及电子与蜂窝状栅格 间均存在着强烈的相互作用。 石墨烯中的电子不仅与蜂巢晶格之间相 互作用强烈，而且电子和电子之间也有很 强的相互作用。
5、其它特殊性质 ① 石墨烯具有明显的二维电子特性。 ② 在石墨烯中不具有量子干涉磁阻 ③ 石墨烯电子性质用量子力学的迪拉克方程来描 述比薛定谔方程更 ④ 好可控渗透性 ⑤ 离子导电体各向异性 ⑥ 超电容性 ………………
实现人类梦想
Dreams： Dreams：对于强度比世界上最好的钢铁还要高 上百倍的石墨烯，如果能加以利用， 上百倍的石墨烯，如果能加以利用，不仅可以造 出纸片般薄的超轻型飞机材料、超坚韧的防弹衣， 出纸片般薄的超轻型飞机材料、超坚韧的防弹衣， 甚至还可以制作23000英里长伸入太空的电梯， 23000英里长伸入太空的电梯 甚至还可以制作23000英里长伸入太空的电梯， 实现人类坐电梯进入太空的梦想。 实现人类坐电梯进入太空的梦想。 美国国家航空航天局（NASA）悬赏400万美金 美国国家航空航天局（NASA）悬赏400万美金 400 鼓励科学家们进行这种电梯的开发
二、石墨烯材料的制备
1、机械剥离法 通过机械力从新鲜石墨晶体的表面剥离石墨烯片层。 加热SiC SiC法 2、加热SiC法 通过加热单晶SiC脱除Si，在单晶(0001)面上分解出石墨烯片层。Berger 等人已经能可控地制备出单层. 或是多层石墨烯 。据预测这种方法很可能是 未来大量制备石墨烯的主要方法之一。 3、热膨胀法 4、化学法
三、石墨烯材料的性质
1、力学性质——比钻石还要硬 力学性质——比钻石还要硬 ——
数据转换分析：在石墨烯样品微粒开始碎裂前， 数据转换分析：在石墨烯样品微粒开始碎裂前，它们每 100纳米距离上可承受的最大压力居然达到了大约2.9微 纳米距离上可承受的最大压力居然达到了大约2.9 100纳米距离上可承受的最大压力居然达到了大约2.9微 牛。 据科学家们测算，这一结果相当于要施加55牛顿的 据科学家们测算，这一结果相当于要施加55牛顿的 55 压力才能使1米长的石墨烯断裂。 压力才能使1米长的石墨烯断裂。如果物理学家们能制 取出厚度相当于普通食品塑料包装袋的（厚度约100 100纳 取出厚度相当于普通食品塑料包装袋的（厚度约100纳 石墨烯， 米）石墨烯，那么需要施加差不多两万牛的压力才能将 其扯断。换句话说，如果用石墨烯制成包装袋， 其扯断。换句话说，如果用石墨烯制成包装袋，那么它 将能承受大约两吨重的物品。 将能承受大约两吨重的物品。 打个比方说单层石墨烯的强度， 打个比方说单层石墨烯的强度，就像把大象的重量 加到一支铅笔上， 加到一支铅笔上，才能够用这支铅笔刺穿仅像保鲜膜一 样厚度的单层石墨烯。 样厚度的单层石墨烯。
石墨烯简介
readme tian sen :石墨烯应用部分前五个可以适当删除。
1综述石墨烯2石墨烯的制备方法3石墨烯的特性1、石墨烯简介1、石墨烯定义石墨烯（Graphene）是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。
2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。
2、石墨烯研究历史实际上石墨烯本来就存在于自然界，只是难以剥离出单层结构。
石墨烯一层层叠起来就是石墨，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。
铅笔在纸上轻轻划过，留下的痕迹就可能是几层甚至仅仅一层石墨烯。
石墨烯在实验室中是在2004年，当时，英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·杰姆和克斯特亚·诺沃消洛夫发现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片。
他们从高定向热解石墨中剥离出石墨片，然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上，撕开胶带，就能把石墨片一分为二。
不断地这样操作，于是薄片越来越薄，最后，他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨烯。
这以后，制备石墨烯的新方法层出不穷，经过5年的发展，人们发现，将石墨烯带入工业化生产的领域已为时不远了。
因此，在随后三年内, 安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫在单层和双层石墨烯体系中分别发现了整数量子霍尔效应及常温条件下的量子霍尔效应，他们也因此获得2010年度诺贝尔物理学奖。
在发现石墨烯以前，大多数物理学家认为，热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在。
所以，它的发现立即震撼了凝聚体物理学学术界。
虽然理论和实验界都认为完美的二维结构无法在非绝对零度稳定存在,但是单层石墨烯在实验中被制备出来。
石墨烯是富勒烯（0维）、碳纳米管（1维）、石墨（3维）的基本组成单元，可以被视为无限大的芳香族分子。
二、制备方法1、撕胶带法发现石墨烯使用的方法2、机械剥离法是利用物体与石墨烯之间的摩擦和相对运动，得到石墨烯薄层材料的方法。
石墨烯性能简介
第一章石墨烯性能及相关概念1石墨烯概念石墨烯（Graphene）是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。
石墨烯狭义上指单层石墨，厚度为0.335nm，仅有排列而成的蜂窝状晶体结构。
石墨烯中碳-碳键长约为0.142nm。
每个晶格内有三个σ键，连接十分牢固形成了稳定的六边状。
垂直于晶面方向上的π键在石墨烯导电的过程中起到了很大的作用。
石墨烯是石墨、碳纳米管、富勒烯的基本组成单元，可以将它看做一个无限大的芳香族分子，平面多环烃的极限情况就是石墨烯。
形象来说，石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构，看上去就像一张六边形网格构成的平面。
在单层石墨烯中，每个碳原子通过sp2杂化与周围碳原子成键给构整流变形，每一个六边单元实际上类似苯环，碳原子都贡献出个一个未成键电子。
单层石墨烯厚度仅0.35nm，约为头发丝直径的二十万分之一。
100倍，在室温下可以达到15000cm2/(V·s)。
电阻率比铝、铜和银低很多，只有10～6Ω·cm左右。
二是具有超强的导热性。
石墨烯的导热性能优于碳纳米管，是铜、铝等金属的数10倍，导热系数高达5300W/m?K。
三是具有超强的力学性，石墨烯的硬度超过金刚石，断裂强度达到钢铁的100倍。
四是具有超强的透光性。
石墨烯的吸光率非常小，透光率高达97.7%。
五是具有超强的比表面积。
石墨烯的比表面积每克比普通活性炭高出1130m2，达到2630m2/g。
3.1石墨烯的光学性能石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，具有优异的光学性能。
理论和实验结果表明，单层石墨石饱和。
这一非线性光学行为成为饱和吸收。
在近红外光谱区，在强光辐照下，由于其宽波段吸收和零带隙的特点，石墨烯会慢慢接近饱和吸收。
利用这一性质，石墨烯可用于超快速光子学，如光纤激光器等。
3.2石墨烯的电学性能石墨烯的每个碳原子均为sp2杂化，并贡献剩余一个p轨道电子形成π键，π电子可以自由移动，赋予石墨烯优异的导电性。
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碳材料是地球上最普遍也是最奇妙的一种材料，它可以形成世界上最硬的金刚石，也可以形成最软的石墨.近20年来，碳纳米材料一直是科技创新的前沿领域，1985年发现的富勒烯「’]和1991年发现的碳纳米管rz}均引起了巨大的研究热潮.2004年，英国科学家发现了由碳原子以Spzsp杂化连接的单原子层构成的新型二维原子品体一石墨烯(Graphe-
e)}，其基本结构单儿为有机材料中最稳定的苯六儿环
，是目前最理想的二维纳米材料.石墨烯的发现，充实了碳材料家族，形成了从零维的富勒烯、一维的碳纳米管、二维的石墨烯到三维的金刚石和石墨的完整体系，为新材料和凝聚态物理等领域提供了新的增长点.2004年至今，关十石墨烯的研究成果己在SCI检索期刊上发表了超过2000篇论文，石墨烯开始超越碳纳米管成为了备受瞩目的国际前沿和热点。
石墨烯是2004年才被发现的一种新型二维平面纳米材料，其特殊的单原子层结构决定了它具有丰富而新奇的物理性质.过去几年中，石墨烯已经成为了备受瞩目的国际前沿和热点.在石墨烯的研究和应用中，为了充分发挥其优良性质，并改善其成型加工性(如分散性和溶解性等)，必须对石墨烯进行功能化，研究人员也在这方面开展了积极而有效的工作.但是，关于石墨烯的功能化方面的研究还处在探索阶段，对各种功能化的方法和效果还缺乏系统的认识.如何根据实际需求对石墨烯进行预期和可控的功能化是我们所面临的机遇和挑战.本文重点阐述了石墨烯的共价键和非共价键功能化领域的最新进展，并对功能化石墨烯的应用作了介绍，最后对相关领域的发展趋势作了展望.。